(57)【要約】  内燃機関の排気通路に、排気ガスの温度を検出する温度センサが設けられる。この温度センサの応答遅れが補償される。逐次的に、温度センサの検出値の所定時間当たりの変化量である変化率が算出され、算出された変化率に所定の特性値を乗じて補正値が算出され、算出された補正値に基づき検出値が補正され、測定値としての排気ガスの温度が算出される。簡便且つ実用的な手法にて温度センサの応答遅れが補償される。
2011048632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられて排気ガスの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの応答遅れを補償するための補償手段であって、逐次的に、前記温度センサの検出値の所定時間当たりの変化量である変化率を算出し、算出された前記変化率に所定の特性値を乗じて補正値を算出し、算出された前記補正値に基づき前記検出値を補正して、測定値としての前記排気ガスの温度を算出する補償手段と、
を備えたことを特徴とする排気温度測定装置。
【請求項２】
前記補償手段は、前記補正値を前記検出値に加算することにより前記検出値を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の排気温度測定装置。
【請求項３】
前記補償手段により算出された前記変化率を所定の正常範囲と比較して前記温度センサの異常の有無を判定する判定手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の排気温度測定装置。
【請求項４】
前記判定手段により異常有りと判定される状態が、所定の第１時間より短い時間継続したとき、前記補償手段は、当該判定の開始時以降、判定開始時直前に算出された前記補正値を保持する
ことを特徴とする請求項３に記載の排気温度測定装置。
【請求項５】
前記判定手段により異常有りと判定される状態が、前記第１時間以上で且つ所定の第２時間より短い時間継続したとき、前記補償手段は、前記第１時間の経過時以降、前記検出値の補正を中止する
ことを特徴とする請求項４に記載の排気温度測定装置。
【請求項６】
前記判定手段により異常有りと判定される状態が、前記第２時間以上継続したとき、前記補償手段は、前記第２時間の経過時以降、前記検出値の補正を中止し且つ前記温度センサを故障と判定する
ことを特徴とする請求項５に記載の排気温度測定装置。
【請求項７】
前記内燃機関の運転状態を表すパラメータに基づき前記排気ガスの温度を推定する推定手段をさらに備え、
前記補償手段は、前記推定手段により推定された排気ガス温度に基づき前記正常範囲を設定する
ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の排気温度測定装置。
【請求項８】
前記温度センサの上流側に設けられて前記排気通路内に還元剤を添加する還元剤添加手段をさらに備え、
前記補償手段は、前記還元剤添加手段により還元剤が添加されたとき、添加開始時付近に算出された前記補正値を保持する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気温度測定装置。
【請求項９】
前記内燃機関の少なくとも始動時または停止時に前記温度センサの時定数を検出する時定数検出手段を備え、
前記補償手段は、前記時定数検出手段により検出された時定数にも基づいて前記検出値を補正する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の排気温度測定装置。
【請求項１０】
内燃機関の排気通路に設けられた温度センサにより排気ガスの温度を検出する第１のステップと、
前記温度センサの応答遅れを補償するための第２のステップであって、逐次的に、前記温度センサの検出値の所定時間当たりの変化量である変化率を算出し、算出された前記変化率に所定の特性値を乗じて補正値を算出し、算出された前記補正値に基づき前記検出値を補正して、測定値としての前記排気ガスの温度を算出する第２のステップと、
を備えたことを特徴とする排気温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気温度を測定するための装置および方法に係り、特に、内燃機関の排気通路に設けられて排気ガスの温度を検出する温度センサの応答遅れを補償するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に、排気ガスの温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの検出値を各種制御に利用することが一般に知られている。例えば、温度センサの検出値は、排気浄化触媒の温度推定等に用いられる。【０００３】
一方、温度センサの検出値と実際の排気温度との間には、主に温度センサの応答遅れに起因した誤差が存在する。よってこの応答遅れを補償し、誤差を低減する手法が開発されている。【０００４】
実際の排気温度はほぼ常に変動しているため、この変動に追従して常に正確な排気温度を算定し続けるのは一般的に困難である。従来、複雑なモデルを使用して補償を行う装置があるが、演算が複雑で演算負荷が高い、適合に時間が掛かるなどの理由で、実用的ではない。特に自動車への適用を考慮すると現実的ではない。【０００５】
特許文献１には、排気温度センサの応答遅れ対策のため、排気温度センサの検出値に応じて、排気温度センサ内のヒータをオン・オフすることが開示されている。しかしこの方法だと、ヒータの使用に伴うコストアップおよび燃費悪化という問題がある。【０００６】
本発明の一の目的は、簡便且つ実用的な手法にて温度センサの応答遅れを補償可能な排気温度測定装置および排気温度測定方法を提供することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−６５０２７号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明の一の形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられて排気ガスの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの応答遅れを補償するための補償手段であって、逐次的に、前記温度センサの検出値の所定時間当たりの変化量である変化率を算出し、算出された前記変化率に所定の特性値を乗じて補正値を算出し、算出された前記補正値に基づき前記検出値を補正して、測定値としての前記排気ガスの温度を算出する補償手段と、
を備えたことを特徴とする排気温度測定装置が提供される。
【０００９】
これによれば、変化率と特性値の積からなる単純な補正値を用いて検出値を補正し、測定値としての排気ガス温度を算出する。よって簡便且つ実用的な手法にて排気温センサの応答遅れを補償可能である。
【００１０】
好ましくは、前記補償手段は、前記補正値を前記検出値に加算することにより前記検出値を補正する。
【００１１】
補正値は、温度センサの検出値と実際の排気ガス温度との間の誤差を表す。よって補正値を検出値に加算して検出値を補正することにより、応答遅れに基づく検出誤差を好適に解消できる。
【００１２】
好ましくは、前記排気温度測定装置は、前記補償手段により算出された前記変化率を所定の正常範囲と比較して前記温度センサの異常の有無を判定する判定手段をさらに備える。
【００１３】
これにより温度センサの異常を検出し、適切な対策を実行することができる。
【００１４】
好ましくは、前記判定手段により異常有りと判定される状態が、所定の第１時間より短い時間継続したとき、前記補償手段は、当該判定の開始時以降、判定開始時直前に算出された前記補正値を保持する。
【００１５】
好ましくは、前記判定手段により異常有りと判定される状態が、前記第１時間以上で且つ所定の第２時間より短い時間継続したとき、前記補償手段は、前記第１時間の経過時以降、前記検出値の補正を中止する。
【００１６】
好ましくは、前記判定手段により異常有りと判定される状態が、前記第２時間以上継続したとき、前記補償手段は、前記第２時間の経過時以降、前記検出値の補正を中止し且つ前記温度センサを故障と判定する。
【００１７】
好ましくは、前記排気温度測定装置は、前記内燃機関の運転状態を表すパラメータに基づき前記排気ガスの温度を推定する推定手段をさらに備え、前記補償手段は、前記推定手段により推定された排気ガス温度に基づき前記正常範囲を設定する。
【００１８】
好ましくは、前記排気温度測定装置は、前記温度センサの上流側に設けられて前記排気通路内に還元剤を添加する還元剤添加手段をさらに備え、前記補償手段は、前記還元剤添加手段により還元剤が添加されたとき、添加開始時付近に算出された前記補正値を保持する。
【００１９】
好ましくは、前記排気温度測定装置は、前記内燃機関の少なくとも始動時または停止時に前記温度センサの時定数を検出する時定数検出手段を備え、前記補償手段は、前記時定数検出手段により検出された時定数にも基づいて前記検出値を補正する。
【００２０】
本発明の他の形態によれば、
内燃機関の排気通路に設けられた温度センサにより排気ガスの温度を検出する第１のステップと、
前記温度センサの応答遅れを補償するための第２のステップであって、逐次的に、前記温度センサの検出値の所定時間当たりの変化量である変化率を算出し、算出された前記変化率に所定の特性値を乗じて補正値を算出し、算出された前記補正値に基づき前記検出値を補正して、測定値としての前記排気ガスの温度を算出する第２のステップと、
を備えたことを特徴とする排気温度測定方法が提供される。
【００２１】
本発明によれば、簡便且つ実用的な手法にて温度センサの応答遅れを補償することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、排気温センサの詳細を示す断面図である。
【図３】図３は、変化率と検出値の誤差との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、添加実行による変化率の誤差を示すタイムチャートである。
【図５】図５は、異常の各類型に対応した変化率の推移を示すタイムチャートである。
【図６】図６は、仕事変換効率を算出するためのマップである。
【図７】図７は、本実施形態に係る異常判定処理のフローチャートである。
【図８】図８は、エンジン停止時における排気温センサの検出値の推移を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。
【００２４】
図１に、本発明の実施形態に係る内燃機関を概略的に示す。１は自動車用の圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであり、２は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、３は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、４は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ５に供給された燃料が、高圧ポンプ５によりコモンレール６に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール６内の高圧燃料がインジェクタ７から燃焼室４内に直接噴射供給される。
【００２５】
エンジン１からの排気ガスは、排気マニフォルド３からターボチャージャ８を経た後にその下流の排気通路９に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。またＥＧＲ装置などの他の排気浄化デバイスを含むことも任意である。
【００２６】
他方、エアクリーナ１０から吸気通路１１内に導入された吸入空気は、エアフローメータ１２、ターボチャージャ８、インタークーラ１３、スロットルバルブ１４を順に通過して吸気マニフォルド２に至る。エアフローメータ２２は吸入空気量を検出するためのセンサであり、具体的には吸入空気の流量に応じた信号を出力する。スロットルバルブ１４には電子制御式のものが採用されている。
【００２７】
排気通路９には、排気浄化要素として、排気ガス中のＮＯｘを還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）２０が設けられている。ＮＯｘ触媒２０は、例えばゼオライトの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持させて構成されている。
【００２８】
ＮＯｘ触媒２０は、尿素またはアンモニアからなる還元剤が供給されているときに排気ガス中のＮＯｘを連続的に還元除去する。本実施形態では取扱いの容易さから、還元剤として尿素水を用いている。またＮＯｘ触媒２０は、その触媒温度が所定の活性温度域（例えば２００〜４００℃）にあるときにＮＯｘを還元可能である。
【００２９】
ＮＯｘ触媒２０の上流側には、排気通路９内に尿素水を供給するための尿素添加弁３０が設けられている。尿素添加弁３０は、不図示の尿素タンクからポンプを介して尿素水を供給されている。尿素添加弁３０は電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）１００に接続され、制御される。
【００３０】
尿素添加弁３０の下流側であって且つＮＯｘ触媒２０の上流側の排気通路９には、排気ガスの温度を検出する温度センサすなわち排気温センサ４０が設けられている。排気温センサ４０の出力信号はＥＣＵ１００に送られる。
【００３１】
なお、排気通路９には他の排気浄化要素が設けられていてもよい。例えば、排気中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒、排気中の煤等のパティキュレート（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタなどである。
【００３２】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、各種センサ類の検出値等に基づいて、所望のエンジン制御が実行されるように、インジェクタ７、高圧ポンプ５、スロットルバルブ１４等を制御する。またＥＣＵ１００は、尿素添加量を制御すべく尿素添加弁３０を制御する。ＥＣＵ１００には、センサ類として、前述のエアフローメータ１２および排気温センサ４０が接続される。
【００３３】
またＥＣＵ１００には、クランク角センサ１５、アクセル開度センサ１６、外気温センサ１７、吸気温センサ１８および水温センサ１９が接続されている。クランク角センサ１５はクランクシャフトの回転時にクランクパルス信号をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はそのクランクパルス信号に基づきエンジン１のクランク角を検出すると共に、エンジン１の回転速度を計算する。アクセル開度センサ１６は、ユーザによって操作されるアクセルペダルの開度（アクセル開度）に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。外気温センサ１７、吸気温センサ１８および水温センサ１９は、それぞれ、外気温、吸気温および水温に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。
【００３４】
図２には、排気通路９内に配置された排気温センサ４０の先端部の構造を示す。排気温センサ４０は、検出部としての感温素子１０１と、感温素子１０１を収容するカバー１０２と、カバー１０２が同軸に取り付けられたシース管１０３とを備える。感温素子１０１はサーミスタからなり、例えばＣｒ−Ｍｎを主成分とする半導体材料の焼結体からなる。感温素子１０１が発する電気信号は各一対の電極線１０４および信号線１０５を介してＥＣＵ１００に送られる。電極線１０４と信号線１０５はレーザ溶接等により互いに接続されている。例えば、電極線１０４は白金を含む材料からなり、信号線１０５はステンレス鋼からなる。またカバー１０２はインコネル材からなる。カバー１０２内には充填材１０６が充填されている。充填材１０６は、熱伝導性に優れた絶縁材料からなり、例えばアルミナを含む。また充填材１０６は、排気温センサが振動したときに感温素子１０１がカバー１０２に衝突するのを防ぐ。
【００３５】
さて、前述したように、排気温センサ４０によって検出された検出値としての排気温度と、排気温センサ４０の雰囲気ガスである排気ガスの温度との間には、主に排気温センサ４０の応答遅れに起因した誤差が存在する。よって簡便且つ実用的な手法にて、応答遅れを補償し、誤差を低減するのが本実施形態である。
【００３６】
本実施形態では、ＥＣＵ１００が逐次的に、排気温センサ４０の検出値の所定時間当たりの変化量である変化率を算出し、この算出された変化率に所定の特性値を乗じて補正値を算出し、この算出された補正値に基づき検出値を補正して、測定値としての排気ガスの温度を算出する。この最終的に算出された排気ガス温度が、測定値としての排気ガス温度となる。こうして排気温センサ４０の応答遅れを補償し、排気温センサ４０の検出値と実際の排気温度との間の誤差を低減することが可能である。
【００３７】
以下、本実施形態の補償方法を具体的に説明する。結論から述べると、応答遅れ補償後の排気温度の測定値Ｔｇは、次式（１）に基づき、ＥＣＵ１００により逐次的に算出される。
【００３８】
2011048632.tif 000003
ここでＴｓは排気温センサ４０によって検出された排気温度すなわち検出値である。ΔＴｓは検出値Ｔｓの変化率であり、検出値Ｔｓの所定時間当たりの変化量を表す。Ａは所定の特性値である。Ａ×ΔＴｓが補正値であり、検出値Ｔｓは補正値に基づき補正される。特に、補正値Ａ×ΔＴｓを検出値Ｔｓに加算することにより検出値Ｔｓが補正される。
【００３９】
ＥＣＵ１００は、所定の演算周期τ（例えば１６ｍｓ）毎に、検出値Ｔｓを取得し、変化率ΔＴｓおよび測定値Ｔｇを算出する。今回値をｉ、前回値をｉ−１で表すと、今回の変化率ΔＴｓｉは次式（２）により算出される。
【００４０】
2011048632.tif 000004
ここで分かるように、変化率ΔＴｓｉは、検出値Ｔｓの演算周期τ当たりの変化量である。前式（１）は次式（１）’のように書き換えることができる。変化率ΔＴｓｉおよび補正値Ａ×ΔＴｓｉは毎回更新される。
【００４１】
2011048632.tif 000005
次に、前式（１）の導出原理を説明する。まず、排気温センサ４０の周囲の排気ガスは流動状態にあるため、排気ガスから排気温センサ４０のカバー１０２への熱伝達は極大と考えられる。従って、カバー１０２の温度は排気ガスの温度に略等しいと仮定する（第１の仮定）。そして、排気温センサ４０のカバー１０２から検出部（感温素子１０１）までの熱伝達は、熱伝導のみと考えられる。
【００４２】
また、排気通路９内に位置する排気温センサ４０の部分（通路内部分という）に関して、その熱容量と、カバー１０２から検出部１０１までの間の距離および熱伝導率とは一定と仮定する（第２の仮定）。ここでカバー１０２から検出部１０１までの間の距離とは、図２にｘで示すように、カバー１０２の外表面から検出部１０１までの最短距離をいう。
【００４３】
カバー１０２から検出部１０１への熱伝導量（或いは熱流速）は、
熱伝導量＝熱伝導率×（カバー〜検出部間距離）×（カバー温−検出値Ｔｓ）
で表すことができる。この式は、第１の仮定を用いると次式（３）の通りとなる。
【００４４】
2011048632.tif 000006
ここでＱ（Ｗ）は熱伝導量、α（Ｗ／ｍＫ）は熱伝導率、ｘ（ｍ）はカバーから検出部までの距離、Ｔｇａｓ（Ｋ）は排気ガス温度である。
【００４５】
一方、通路内部分の熱容量をＣ（Ｊ／ｇＫ）とすると、次式（４）が成立する。
【００４６】
2011048632.tif 000007
（３）式を（４）式に代入すると次式（５）となる。
【００４７】
2011048632.tif 000008
ここで前記仮定により熱容量Ｃおよび熱伝導率αは一定であり、演算周期τおよび距離ｘも一定であるので、
【００４８】
2011048632.tif 000009
とおくと、次式（６）が成立する。
【００４９】
2011048632.tif 000010
式（６）は式（１）と実質的に同一である。従って式（１）により、測定値としての排気ガス温度Ｔｇを算出することが可能である。
【００５０】
式（１）において、補正値Ａ×ΔＴｓは、排気温センサ４０の応答遅れによる誤差を表す。そしてこの誤差は変化率ΔＴｓと比例関係にあることがわかる。
【００５１】
図３は、実際に検出された変化率ΔＴｓ（℃／ｓ）と検出値Ｔｓの誤差（℃）との関係を示す試験結果である。図中、点ａ，ｂ，ｃはそれぞれ、エンジン１の搭載された車両をＥＣモードで走行させた場合、ＬＡ４モードで走行させた場合、およびこれら以外の特定モードで走行させた場合のデータを示す。
【００５２】
図中の結果から分かるように、変化率ΔＴｓと誤差との間には比例関係がある。変化率ΔＴｓが大きいほど、応答遅れの影響で誤差も大きくなる。そして仮想直線ｄで示す傾きが前記特性値Ａに相当する。こうして、補正値Ａ×ΔＴｓにより応答遅れを好適に補償できることが試験を通じても立証された。かかる試験等を通じて予め定められた最適な特性値Ａは、ＥＣＵ１００に記憶される。
【００５３】
補正値Ａ×ΔＴｓは、排気温センサ４０の検出値Ｔｓと実際の排気ガス温度との間の誤差を表す。よって補正値を検出値に加算して検出値を補正することにより、応答遅れに基づく検出誤差を好適に解消できる。そして排気温センサ４０の応答遅れ分を補償し、或いはその応答遅れ分を予測して、正確な排気ガス温度を測定することが可能である。式（１）に見られるような極めて簡単な計算により応答遅れを補償できるので、簡便且つ実用的な手法にて排気温センサ４０の検出値Ｔｓを補償可能である。ＥＣＵ１００の演算負荷を高めずに済み、自動車用にも適する。なお、特許文献１のようにヒータを使用するものではないので、ヒータの使用に伴うコストアップおよび燃費悪化という問題も回避可能である。
【００５４】
ところで、かかる測定方法によれば、カバー温度が排気ガス温度に略等しいという第１の仮定が存在する。しかし、このような仮定があてはまらない状況下では、測定値Ｔｇと実際値との誤差が大きくなることがある。かかる状況とは、例えば、尿素添加弁３０により尿素水が添加された場合である。このとき、添加された尿素水の液滴がカバーに付着し、カバー上で蒸発する。このときカバーの熱が気化熱として奪われ、カバー温度が低下する。するとカバー温度が排気ガス温度より低下し、前記仮定が成り立たなくなる。
【００５５】
そこでこうした場合、ＥＣＵ１００は、添加開始時付近に算出された補正値を保持する。こうすることで、添加の影響による測定誤差の発生及び拡大を抑制することが可能である。
【００５６】
図４は、添加実行による変化率ΔＴｓの誤差を示すタイムチャートである。（Ａ）は添加フラグのオン・オフ状態を示し、添加フラグオンのとき尿素添加弁３０がオンされ、尿素水の添加が実行される。逆に添加フラグオフのときには尿素添加弁３０がオフされ、尿素水の添加が停止される。（Ｂ）は変化率ΔＴｓの推移を示す。破線が、実際の排気ガス温度から算出された正確な変化率ΔＴｓの値（実際値）を示し、実線が、排気温センサ４０の検出値Ｔｓに基づき算出された変化率ΔＴｓの値（検出値）を示す。
【００５７】
図示するように、添加が実行されると、これに同期して変化率ΔＴｓの検出値が低下し、実際値との間に比較的大きな誤差を生じる。よってこのような変化率ΔＴｓの検出値に基づいて排気ガス温度を測定し続ければ、自ずと測定値Ｔｇの誤差が大きくなってしまう。
【００５８】
そこで、本実施形態の場合、添加が実行されたときには、その実行中、添加開始時付近に算出された補正値を保持する。この補正値保持期間が図中に示される期間Δｔ１，Δｔ２である。補正値が保持されているとき、変化率ΔＴｓおよび補正値Ａ×ΔＴｓの更新は行われない。
【００５９】
ここで、添加が開始された時（即ち添加フラグがオンされた時）から、添加された尿素水が排気温センサ４０に到達し、その影響で検出値が実際値からズレ始めるまでの間には、尿素添加弁３０と排気温センサ４０との距離に基づく遅れ時間Δｔ１が生じる。同様に、添加が終了された時（即ち添加フラグがオフされた時）から、尿素水が排気温センサ４０に供給されなくなり、その影響で検出値が実際値にほぼ等しくなるまでの間に、遅れ時間Δｔ２が生じる。これら遅れ時間Δｔ１，Δｔ２は、排気ガス流量の代用値である吸入空気量の検出値と、尿素添加弁３０から排気温センサ４０までの既知の距離とから算出される。
【００６０】
本実施形態では、添加開始時から遅れ時間Δｔ１を経た時点から、その時点の直前で算出された補正値を保持し、この保持された補正値を用いて検出値Ｔｓを補正し、測定値Ｔｇを算出するようにしている。そして添加終了時から遅れ時間Δｔ２を経た時点で、補正値の保持を終了し、それ以降通常通り、補正値を算出して測定値Ｔｇを求めるようにしている。
【００６１】
このような補正値保持を実行することで、添加実行中であっても変化率ΔＴｓの検出値を実際値に近づけ、誤差を解消することができる。添加は図示例の如く断続的且つ瞬時的に行われることが多いので、変化率ΔＴｓの検出値の実際値からのズレも瞬時的に起こることが多い。よって上述のような補正値を保持する方法は、補正値を破棄する（強制的にゼロとする）方法に比べ、過去の履歴の影響を残存させることができる点で有効である。しかしながら、補正値を破棄する方法も採用することは可能である。
【００６２】
なお、かかる遅れ時間Δｔ１，Δｔ２を考慮せず、添加開始時から添加終了時まで補正値保持を実行するようにしてもよい。この場合、添加開始時直前に算出された補正値が添加終了時まで保持される。
【００６３】
次に、本実施形態では、算出された変化率ΔＴｓを所定の正常範囲と比較して、排気温センサ４０の異常の有無をも判定するようにしている。
【００６４】
前述した尿素水添加であれば、添加が実行されたか否かにより、排気温度の測定誤差を生じさせる要因が発生したか否かを検出でき、前述の補正値保持等によって対処可能である。一方、測定誤差の要因が発生したか否かを検出できない場合、例えば排気温センサ４０に被水や接触不良が生じた場合にも、何等かの方法でそれを検出し、対処する必要がある。
【００６５】
本実施形態では、変化率ΔＴｓに着目し、これを利用して排気温センサ４０の異常の有無を判定するようにしている。これにより異常を検出し、適切な対策を実行することができる。
【００６６】
図５に、異常の各類型に対応した変化率ΔＴｓの推移を示す。図中、線ｅが、判定基準となる基準値を示し、この基準値ｅに対し±β（βは正の所定値）の範囲が正常範囲である。この正常範囲については後に詳述する。
【００６７】
図中の線ｆは、変化率ΔＴｓが短時間だけ正常範囲を外れる小異常の場合を示す。この場合は、例えば前述した尿素水添加の場合が該当し、即座に回復が見込まれる一時的な異常に過ぎないので、前述の補正値保持が実行される。
【００６８】
図中の線ｇは、変化率ΔＴｓが長時間、正常範囲を外れる中異常の場合を示す。この場合は、例えばエンジンおよび排気温センサの経時劣化や排気温センサの被水の場合が該当し、回復困難な長時間の異常であるので、検出値Ｔｓの補正が中止される。
【００６９】
図中の線ｈは、変化率ΔＴｓがほぼ常に正常範囲を外れる大異常の場合を示す。この場合は、例えば排気温センサの故障（接触不良等を含む）や、煤の堆積による極端な検出性能低下の場合が該当し、回復が見込まれないほどの深刻な異常であるので、検出値Ｔｓの補正が中止されると共に排気温センサが故障と判定される。
【００７０】
ここで正常範囲について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ１００により、エンジンの運転状態を表すパラメータに基づき排気ガスの温度を別途推定する。そしてこの推定された排気ガス温度（推定排気温度）により変化率の基準値ｅを算出し、この基準値ｅに対し（ｅ−β）≦ｅ≦（ｅ＋β）となる範囲を算出して、これを正常範囲と設定する。この設定は逐次的に行われる。
【００７１】
排気ガス温度の推定は例えば以下の方法で行われる。なおここでいう排気ガス温度とは、排気温センサ４０の雰囲気ガスをなす排気ガス、言い換えれば排気温センサ４０の位置における排気ガスの温度をいう。
【００７２】
まず、次の方法で、燃焼室４内で発生した排気ガスの温度すなわち初期排気温度Ｔｅ０が算出される。最初に、次式（７）から発熱量Ｑ１（Ｊ／ｓ）が算出される。
【００７３】
2011048632.tif 000011
Ｑｆ（ｇ／ｓ）は燃料噴射量であり、ＥＣＵ１００の内部値あるいは指令値である。ε（Ｊ／ｇ）は単位燃料量当たりの発熱量であり、予め定められた値である。
【００７４】
次に、燃料噴射時期ｔｆとエンジン回転速度Ｎｅに基づき、図６に示すような所定のマップを参照して、仕事変換効率ηが算出される。仕事変換効率ηとは、発熱量Ｑ１のうちエンジンの仕事に変換された熱量の割合を示す値であり、０＜η＜１である。仕事変換効率ηが燃料噴射時期ｔｆとエンジン回転速度Ｎｅに応じて変わるため、これら燃料噴射時期ｔｆとエンジン回転速度Ｎｅに対応した仕事変換効率ηをマップを利用して算出するようにしている。図６のマップ内の線図はエンジン回転速度Ｎｅによって変化する。ＥＣＵ１００は、検出されたエンジン回転速度Ｎｅと、内部値あるいは指令値である燃料噴射時期ｔｆとに対応した仕事変換効率ηをマップから決定する。
【００７５】
次に、検出された吸入空気量Ｇａと所定の比熱ζに基づき、吸気熱容量Ｑ２が次式（８）から算出される。
【００７６】
2011048632.tif 000012
最後に、これら算出された発熱量Ｑ１、仕事変換効率ηおよび吸気熱容量Ｑ２と、吸気温センサ１８により検出された吸気温Ｔｉｎとに基づき、初期排気温度Ｔｅ０が次式（９）から算出される。
【００７７】
2011048632.tif 000013
すなわち、発熱量Ｑ１のうちエンジンの仕事に変換されなかった熱量と、吸気熱容量との比に、吸気温度を加えてなる値が初期排気温度Ｔｅ０である。
【００７８】
次に、燃焼室４から排気温センサ４０に達するまでの間の放熱量Ｑ３が算出される。この放熱量Ｑ３は、エンジン本体において冷却水等に放出される熱量すなわち第１放熱量Ｑ３１と、エンジン本体外において排気マニフォルドおよび排気管等から外気に放出される熱量すなわち第２放熱量Ｑ３２とに大別される。
【００７９】
第１放熱量Ｑ３１は、初期排気温度Ｔｅ０と検出された水温Ｔｗとに基づき、次式（１０）から算出される。
【００８０】
2011048632.tif 000014
ν１は所定の第１熱伝達率である。ここで放熱は潤滑油に対しても行われることから、油温にも基づいて第１放熱量Ｑ３１を算出してもよい。この場合、油温は、検出された水温Ｔｗに基づき推定可能である。
【００８１】
次に、第２放熱量Ｑ３２は、初期排気温度Ｔｅ０と検出された外気温Ｔａとに基づき、次式（１１）から算出される。
【００８２】
2011048632.tif 000015
ν２は所定の第２熱伝達率である。ここでは簡単のため初期排気温度Ｔｅ０を用いたが、初期排気温度Ｔｅ０に基づきエンジン本体出口（すなわち排気ポート出口または排気マニフォルド入口）の排気温度を推定し、この推定した排気温度を初期排気温度Ｔｅ０の代わりに用いてもよい。
【００８３】
この後、第１放熱量Ｑ３１と第２放熱量Ｑ３２とが加算されて放熱量Ｑ３が算出され（Ｑ３＝Ｑ３１＋Ｑ３２）、放熱量Ｑ３が所定のマップまたは関数に基づき温度低下量ΔＴ（＞０）に換算される。
【００８４】
最後に、初期排気温度Ｔｅ０から温度低下量ΔＴが減算され、排気温センサ４０の位置における推定排気温度が算出される。
【００８５】
或いは、次の方法で排気ガス温度を推定することも可能である。すなわち、エンジン運転状態を表すパラメータ（例えばエンジン回転速度Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑｆ）と排気温度Ｔｇａｓとの間の定常条件下における関係を予め実験的に求め、マップの形でＥＣＵ１００に記憶しておく。そしてＥＣＵ１００は、実際に検出されたパラメータに対応する排気ガス温度Ｔｇａｓをマップから求め、さらにこの排気ガス温度Ｔｇａｓに対し１次なましを行って、推定排気温度Ｔｇａｓｅを算出する。なまし率をγとすると、推定排気温度Ｔｇａｓｅは次式（１２）により算出される。なまし率γは予め実験的に定められる。
【００８６】
2011048632.tif 000016
図７には本実施形態に係る異常判定処理のフローチャートを示す。この異常判定処理はＥＣＵ１００により実行される。
【００８７】
まずステップＳ１０１では、排気温センサ４０が異常有りと判定されたか否か、すなわち、検出値Ｔｓから算出された変化率ΔＴｓが正常範囲内に入っているか否かが判断される。
【００８８】
異常有りと判定されてない場合（異常無しと判定されている場合）、ステップＳ１０９に進んで、通常の補正が実行される。すなわち最初に述べたように、変化率ΔＴｓおよび補正値Ａ×ΔＴｓを毎回更新しつつ、測定値Ｔｇが算出される。また、異常判定フラグがクリア（オフ）される。この異常判定フラグは、異常有りと判定されている状態のときオン、異常無しと判定されている状態のときオフされるフラグである。
【００８９】
他方、ステップＳ１０１で異常有りと判定されている場合、ステップＳ１０２に進んで補正値保持が実行される。すなわち、異常有りとの判定が開始される直前に算出された補正値Ａ×ΔＴｓが、当該判定の開始時以降、更新されることなく保持される。また、異常判定フラグがオンされると共に、継続時間ｔｃが計測される。継続時間ｔｃは、異常有りとの判定開始時からの継続時間であり、ＥＣＵ１００に内蔵されたタイマーを用いて計測される。
【００９０】
次いでステップＳ１０３において、継続時間ｔｃが所定の第１時間ｔｃ１以上に達したか否かが判断される。第１時間ｔｃ１以上に達してない場合、ステップＳ１０２に戻ってステップＳ１０２が繰り返し実行される。
【００９１】
他方、第１時間ｔｃ１以上に達した場合、ステップＳ１０４に進んで補正が中止される。このとき補正値Ａ×ΔＴｓは強制的にゼロとされ、検出値Ｔｓがそのまま測定値Ｔｇとされる。なお、変化率ΔＴｓまたは補正値Ａ×ΔＴｓを一旦算出し、これを破棄してゼロとしてもよい。
【００９２】
次いでステップＳ１０５において、ステップＳ１０１と同様、排気温センサ４０が異常有りと判定されたか否かが判断される。異常有りと判定されてないときにはステップＳ１０９に進み、異常有りと判定されているときにはステップＳ１０６に進む。
【００９３】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０２で実行されたように、異常判定フラグがオンされると共に、継続時間ｔｃが計測される。ステップＳ１０１で最初に異常有りと判定された状態が継続している場合、ステップＳ１０６における継続時間ｔｃは、そのステップＳ１０１における最初の判定時からの継続時間である。
【００９４】
次いで、ステップＳ１０７において、継続時間ｔｃが所定の第２時間ｔｃ２以上に達したか否かが判断される。第２時間ｔｃ２以上に達してない場合、ステップＳ１０４に戻ってステップＳ１０４〜Ｓ１０６が繰り返し実行される。
【００９５】
他方、第２時間ｔｃ２以上に達した場合、ステップＳ１０８に進んで補正が中止されると共に、排気温センサ４０が故障と判定される。このとき警告ランプ等の警告装置を起動させ、故障の事実をユーザーに知らせるのが好ましい。これにより処理は終了する。
【００９６】
この説明で理解されるように、異常有りと判定される状態が第１時間ｔｃ１より短い時間継続したとき、当該判定の開始時（或いは最初の判定時）以降、判定開始時直前に算出された補正値が保持される。そして異常有りと判定される状態が、第１時間ｔｃ１以上で且つ第２時間ｔｃ２より短い時間継続したとき、第１時間ｔｃ１の経過時以降、検出値ｔｃの補正が中止される。第１時間ｔｃ１の経過時を境に、補正値保持から補正中止に切り替わる。さらに異常有りと判定される状態が、第２時間ｔｃ２以上継続したとき、第２時間ｔｃ２の経過時以降、検出値ｔｃの補正が中止されると共に排気温センサ４０が故障と判定される。第２時間ｔｃ２の経過時の前後で補正中止の状態は変わらないが、第２時間ｔｃ２を経過するとセンサ故障判定が併せて実行される。
【００９７】
このように、異常の程度や類型に応じた好ましい態様の補償方法を実現することが可能である。第１時間ｔｃ１および第２時間ｔｃ２については、予め実験等を通じて最適な値が決定され、ＥＣＵ１００に記憶される。例えば第１時間ｔｃ１は、補正値保持の場合に生じる測定値Ｔｇの誤差と、補正中止の場合に生じる測定値Ｔｇの誤差とを比較し、前者が後者より少なくなるような時間に設定するとよい。また第２時間ｔｃ２は、測定値Ｔｇの誤差に起因するエミッションへの影響や、測定値Ｔｇを利用する制御対象物の制御性等を考慮して設定するとよい。
【００９８】
次に、変形例を説明する。排気温センサ４０は使用につれ経時劣化し、その応答性が徐々に悪化する。また排気温センサ４０には製造上のバラツキも存在する。測定値Ｔｇの誤差を低減し測定精度を高めるには、このようなセンサ劣化やバラツキをも考慮して測定値Ｔｇを算出するのが好ましい。
【００９９】
そこでこの変形例では、エンジン１の少なくとも始動時または停止時に、排気温センサ４０の時定数Ｔを検出し、この時定数Ｔにも基づいて検出値Ｔｓを補正する。これにより排気温センサ４０の劣化等を含めた形で測定値Ｔｇを算出することができ、測定誤差を低減すると共に測定精度を高めることができる。
【０１００】
図８は、エンジン１のアイドリングからの停止時における排気温センサ４０の検出値Ｔｓの推移を示す。時刻ｔ０でエンジン１が停止（すなわち燃料噴射が停止）されると、排気温センサ４０が外気により徐々に冷却され、検出値Ｔｓが外気温Ｔａに向かって次第に低下していく。外気温Ｔａは外気温センサ１７によって検出される。
【０１０１】
検出値Ｔｓが外気温Ｔａに達した時、検出値Ｔｓが１００％変化したものとする。そして検出値Ｔｓが所定割合（本実施形態では６３％）だけ変化したときの時刻ｔ０からの時間Ｔが、時定数として求められる。排気温センサ４０が劣化するほど応答性が変化し、時定数Ｔが長くなる傾向がある。
【０１０２】
ＥＣＵ１００は、時刻ｔ０から１００％変化時までの検出値Ｔｓを逐次的にモニタする。そしてモニタした検出値データの中から６３％変化時のデータを抽出し、このデータが得られたタイミングを時定数Ｔとして検出し、記憶する。時刻ｔ０における検出値の初期値をＴｓ０とすると、６３％変化時の検出値Ｔｓ１は次式（１３）により算出される。
【０１０３】
2011048632.tif 000017
次いで、検出した時定数Ｔと、基準の排気温センサの時定数である基準時定数Ｔ０（一定値）との比Ｒ＝Ｔ／Ｔ０が、学習値として算出される。基準の排気温センサは、好ましくは新品の排気温センサである。比ないし学習値Ｒは、新たな時定数Ｔが検出される度に更新される。
【０１０４】
一方、学習値Ｒを補正値Ａ×ΔＴｓに乗じてなる積に基づき検出値Ｔｓが補正され、排気ガス温度の測定値Ｔｇは次式（１４）により算出される。
【０１０５】
2011048632.tif 000018
これによれば、排気温センサ４０が劣化するほど時定数Ｔが長くなり、学習値Ｒが増大し、検出値Ｔｓはより応答遅れが解消するよう大きく補正される。これによりセンサ劣化分を考慮した好適な応答補償を実現することが可能である。
【０１０６】
通常、エンジン停止の直前はアイドリング運転していることが多いので、排気温センサの検出値Ｔｓもほぼ一定値であり、初期温度条件が揃っていることが多い。よってエンジン停止時に排気温センサの時定数Ｔを検出することで、センサの劣化やバラツキのみに依存した時定数Ｔを比較的正確に得ることが可能である。
【０１０７】
他方、エンジンの始動後もアイドリング運転していることが多いので、排気温センサの検出値Ｔｓがほぼ一定値に収束し、末期温度条件が揃っていることが多い。よってエンジン始動時に排気温センサの時定数Ｔを検出しても、センサの劣化やバラツキのみに依存した時定数Ｔを比較的正確に得ることが可能である。
【０１０８】
この場合、図８の例とは逆に、エンジン始動完了後、検出値Ｔｓが初期値（例えば外気温Ｔａ）から次第に上昇していく。そして検出値Ｔｓが収束した時（変化率ΔＴｓがゼロ近傍の所定値以下になった時）、検出値Ｔｓが１００％変化したものとする。検出値Ｔｓが６３％だけ変化したときの時間Ｔが、時定数として検出される。あとはエンジン停止時の場合と同様の方法で学習値Ｒおよび測定値Ｔｇが算出される。なお、検出値Ｔｓの収束時の値を１００％変化時の値とする代わりに、実験等を通じて予め定められた値を１００％変化時の値としてもよい。
【０１０９】
始動後に排気温センサの検出値Ｔｓがほぼ一定値に収束するためには、低温又は高温からの始動ではなく、常温からの始動であるのが好ましい。このため、始動開始時の検出値Ｔｓが常温である所定範囲（例えば１５〜２５℃）内にあるときに限って、時定数Ｔの検出を行うようにしてもよい。
【０１１０】
時定数Ｔの検出タイミングは必ずしも６３％変化時である必要はなく、任意に設定可能である。また上述の例では外気温を基準に１００％変化を規定したが、エンジン停止時の初期値およびエンジン始動時の収束値がほぼ一定である傾向に鑑み、０℃を基準として排気温センサの検出値Ｔｓのみで１００％変化を規定してもよい。こうすると外気温センサが省略可能である。例えばエンジン停止時、検出値Ｔｓが初期値Ｔｓ０自体の６３％だけ低下した時を６３％変化時とすることができる。但しこの場合、検出された時定数Ｔを用いて算出された測定値Ｔｇの誤差が、許容範囲内に収まっていることを条件とする。さらに、エンジンの始動時または停止時以外のタイミングで時定数を検出することも可能である。
【０１１１】
この変形例においても前述したような添加時の補正値保持（図４）および異常判定（図５〜図７）を組み合わせることが可能である。
【０１１２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、本発明はディーゼルエンジン以外の内燃機関にも適用可能であり、例えば火花点火式内燃機関、特にガソリンエンジンにも適用可能である。また内燃機関の用途は自動車用に限定されず、産業用等の他の用途であってもよい。排気温センサの設置位置も任意であり、排気温センサは触媒の下流側に設けられていてもよい。変化率を規定する所定時間は、必ずしも演算周期τに等しくする必要はなく、演算周期τの２倍や３倍等の時間であってもよい。
【０１１３】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図１】
2011048632.tif 000019
【図２】
2011048632.tif 000020
【図３】
2011048632.tif 000021
【図４】
2011048632.tif 000022
【図５】
2011048632.tif 000023
【図６】
2011048632.tif 000024
【図７】
2011048632.tif 000025
【図８】
2011048632.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月11日(2012.10.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられて排気ガスの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの応答遅れを補償するための補償手段であって、逐次的に、前記温度センサの検出値の所定時間当たりの変化量である変化率を前記検出値の今回値と２回以上前の値とにより算出し、算出された前記変化率に所定の特性値を乗じて補正値を算出し、算出された前記補正値に基づき前記検出値を補正して、測定値としての前記排気ガスの温度を算出する補償手段と、
を備えたことを特徴とする排気温度測定装置。
【請求項２】
前記補償手段は、前記補正値を前記検出値に加算することにより前記検出値を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の排気温度測定装置。
【請求項３】
前記補償手段により算出された前記変化率を所定の正常範囲と比較して前記温度センサの異常の有無を判定する判定手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の排気温度測定装置。
【請求項４】
前記判定手段により異常有りと判定される状態が、所定の第１時間より短い時間継続したとき、前記補償手段は、当該判定の開始時以降、判定開始時直前に算出された前記補正値を保持する
ことを特徴とする請求項３に記載の排気温度測定装置。
【請求項５】
前記判定手段により異常有りと判定される状態が、前記第１時間以上で且つ所定の第２時間より短い時間継続したとき、前記補償手段は、前記第１時間の経過時以降、前記検出値の補正を中止する
ことを特徴とする請求項４に記載の排気温度測定装置。
【請求項６】
前記判定手段により異常有りと判定される状態が、前記第２時間以上継続したとき、前記補償手段は、前記第２時間の経過時以降、前記検出値の補正を中止し且つ前記温度センサを故障と判定する
ことを特徴とする請求項５に記載の排気温度測定装置。
【請求項７】
前記内燃機関の運転状態を表すパラメータに基づき前記排気ガスの温度を推定する推定手段をさらに備え、
前記補償手段は、前記推定手段により推定された排気ガス温度に基づき前記正常範囲を設定する
ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の排気温度測定装置。
【請求項８】
前記温度センサの上流側に設けられて前記排気通路内に還元剤を添加する還元剤添加手段をさらに備え、
前記補償手段は、前記還元剤添加手段により還元剤が添加されたとき、添加開始時付近に算出された前記補正値を保持する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気温度測定装置。
【請求項９】
前記内燃機関の少なくとも始動時または停止時に前記温度センサの時定数を検出する時定数検出手段を備え、
前記補償手段は、前記時定数検出手段により検出された時定数にも基づいて前記検出値を補正する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の排気温度測定装置。
【請求項１０】
前記内燃機関のアイドリングからの停止時に前記温度センサの時定数を検出する時定数検出手段を備え、
前記補償手段は、前記時定数検出手段により検出された時定数にも基づいて前記検出値を補正する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の排気温度測定装置。
【請求項１１】
前記補償手段は、前記時定数検出手段により検出された時定数と所定の基準時定数との比を前記補正値に乗じてなる積に基づき前記検出値を補正する
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の排気温度測定装置。
【請求項１２】
内燃機関の排気通路に設けられた温度センサにより排気ガスの温度を検出する第１のステップと、
前記温度センサの応答遅れを補償するための第２のステップであって、逐次的に、前記温度センサの検出値の所定時間当たりの変化量である変化率を前記検出値の今回値と２回以上前の値とにより算出し、算出された前記変化率に所定の特性値を乗じて補正値を算出し、算出された前記補正値に基づき前記検出値を補正して、測定値としての前記排気ガスの温度を算出する第２のステップと、
を備えたことを特徴とする排気温度測定方法。
【国際調査報告】
2011048632.tif 000027
2011048632.tif 000028